(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路（３）、排気通路（４）、前記排気通路（４）から前記吸気通路（３）へ濾過された濾過済排気（６）を還流する濾過済排気還流装置（５）、および前記排気通路(４)から前記吸気通路(３)へ非濾過排気(１２)を戻すための非濾過排気還流装置(２０)を備える内燃機関（２）のための内燃機関用制御装置において、
前記吸気通路(３)は、
前記吸気通路(３)への前記濾過済排気の合流口（７）の上流に位置する第１の区間（３１）と、
前記吸気通路(３)への前記濾過済排気の合流口（７）の下流であって、かつ前記吸気通路(３)への前記非濾過排気の合流口(２６)の上流に位置し、新気（８）と還流された濾過済排気（２３）との混合気体が流れることができる第２の区間（３２）と、
前記吸気通路(３)への前記非濾過排気の前記合流口(２６)の下流であって、かつ機関入口(９)の上流に位置しており、新気(８)、還流した濾過済排気(２３)、および還流した非濾過排気(２７)の混合気体が流れることができる第３の区間（３３）とを備え、
前記排気通路（４）は、
パティキュレートフィルタ（１１）の上流に位置し、非濾過排気（１２）が流れる第１の区間（４１）と、
前記パティキュレートフィルタ（１１）の下流に位置し、濾過済排気が流れる第２の区間（４２）とを備え、
さらに、前記吸気通路（３）の前記第２の区間（３２）に設けられたコンプレッサ（１７）の下流であって、かつ前記第２の区間（３２）に配置された吸気酸素センサ（１３）に基づいて、前記濾過済排気還流装置（５）から還流される濾過済排気（２３）の質量流量を調節することにより、前記吸気通路（３）の前記第２の区間（３２）における新気（８）と濾過済排気（２３）との混合気体の酸素濃度を制御する制御手段（１４）を備えることを特徴とする内燃機関用制御装置。
【請求項２】
前記制御手段（１４）は、酸素濃度予測値を算出するための制御手段（１４）であって、酸素濃度の調節のための遅延時間、および／または酸素濃度の検出のための遅延時間を予測するように適合されたモデルに基づいて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用制御装置。
【請求項３】
さらに、前記吸気通路(３)の前記第１の区間(３１)に配置された新気(８)の質量流量を決定するための質量流量センサ(１５)を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関用制御装置。
【請求項４】
さらに、前記吸気通路(３)の前記第２の区間(３２)に配置された圧力センサ(２１)を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の内燃機関用制御装置。
【請求項５】
さらに、前記排気通路(４)の前記第２の区間(４２)に配置された排気酸素センサ(１６)を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の内燃機関用制御装置。
【請求項６】
前記吸気酸素センサ（１３）は、前記吸気通路（３）に設けられたインタークーラ（１８）の下流に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の内燃機関用制御装置。
【請求項７】
前記制御手段（１４）は、
前記新気と前記還流された濾過済排気との混合気体のための正確な酸素濃度の予測値を計算するために適切な物理モデルであって、前記新気（８）の質量流量と還流された濾過済排気（２３）の質量流量との混合過程のための物理モデルに基づいて、前記吸気通路（３）の前記第２の区間（３２）における酸素濃度予測値の算出処理を実行するために適合され、前記物理モデルは、予測精度を高めるように前記物理モデルを補正するために、前記第２の区間の中において実際に検出された酸素濃度の検出値を使用して修正されており、
前記予測値を前記吸気通路中の酸素濃度の制御に用いることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の内燃機関用制御装置。
【請求項８】
さらに、酸素濃度の検出を較正するための較正手段を備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の内燃機関用制御装置。
【請求項９】
前記較正手段は、前記酸素センサの近くにおける圧力として決定された圧力に基づいて、かつ圧力によって生じる酸素濃度の検出値のバイアス量のための相関マップに基づいて、酸素濃度の検出値を補正するように適合されていることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関用制御装置。
【請求項１０】
前記較正手段は、前記吸気酸素センサ（１３）の近くにおける圧力として決定された圧力、および新気（８）だけが前記吸気酸素センサ（１３）に接触する運転状態の間の新気（８）の既知の酸素濃度とに基づいて、酸素濃度の検出値における圧力由来のバイアス量を補正するように適合されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の内燃機関用制御装置。
【請求項１１】
前記吸気酸素センサ（１３）は、空燃比センサであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の内燃機関用制御装置。
【請求項１２】
内燃機関の吸気通路における酸素濃度を制御する内燃機関用制御方法において、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の内燃機関用制御装置を用いることにより、濾過済排気の前記合流口（７）から前記機関入口（９）への方向に延びる前記吸気通路(３)の前記第２の区間(３２)における新気（８）と還流された濾過済排気（２３）との混合気体から検出された酸素濃度の検出値に基づいて還流された濾過済排気（２３）の質量流量を設定することにより、前記吸気通路(３)の前記第２の区間(３２)における新気（８）と還流された濾過済排気（２３）との混合気体の酸素濃度を調節することを特徴とする内燃機関用制御方法。
【請求項１３】
前記濾過済排気還流装置(５)から還流された濾過済排気(２３)の質量流量は制御弁(２２)の駆動状態により調節可能であり、前記制御弁（２２）により前記還流された濾過済排気(２３)の質量流量を設定することにより、酸素濃度の調節を実行することを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関用制御方法。
【請求項１４】
酸素濃度の調節のための遅延時間、および／または前記吸気通路(３)の第２の区間(３２)における酸素濃度の検出のための遅延時間を予測するためにモデルに基づく調節を用いることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の内燃機関用制御方法。
【請求項１５】
前記新気と前記還流された濾過済排気との混合気体のための正確な酸素濃度の予測値を計算するために適切な物理モデルであって、前記新気（８）の質量流量と還流された濾過済排気（２３）の質量流量との混合過程のための物理モデルに基づいて、前記吸気通路（３）の前記第２の区間（３２）における酸素濃度予測値の算出処理を実行し、
前記物理モデルは、予測精度を高めるように前記物理モデルを補正するために、前記第２の区間の中において実際に検出された酸素濃度の検出値を使用して修正され、
前記予測値を前記混合気体の酸素濃度を調節することに用いることを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の内燃機関用制御方法。
【請求項１６】
前記吸気酸素センサ(１３)の検出値の較正のために還流した濾過済排気(２３)の質量流量をゼロに設定し、既知の酸素濃度の新気（８）だけに前記吸気酸素センサ(１３)を晒すことを特徴とする請求項１２から請求項１５のいずれかに記載の内燃機関用制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は吸気通路内における酸素濃度を制御するための内燃機関用制御装置、およびその制御方法に関する。本発明は、内燃機関用酸素濃度制御装置、または内燃機関用酸素濃度制御方法とも呼ぶことができる。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の運転挙動と内燃機関の排出成分の生成とが、吸気中の酸素濃度に依存していることが知られている。このため、内燃機関は、還流された排気の追加によって吸気中の酸素濃度を減少させるために、排気還流システム（EGR: Exhaust Gas Recirculation system）を備えている。排気還流システムは、排気再循環装置とも呼ばれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これまでのシステムは、排気還流系統の開度の設定による酸素濃度の間接的な制御によるものであって、よって還流された排気の流量に影響を及ぼしていた。このような酸素濃度の制御は十分な精度を提供することができなかった。
【０００４】
本発明の目的は、従来技術の問題点に鑑み、内燃機関の吸気通路における酸素濃度の改良された高精度の制御が可能な内燃機関用制御装置を提供することにある。
【０００５】
さらに、本発明の他の目的は、内燃機関の吸気通路における酸素濃度の改良された高精度の制御が可能な内燃機関の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
以下の説明において、「上流」、「下流」、「流れ方向前方」、「流れ方向の後方」といった用語のそれぞれは、吸気通路、および排気通路における主たる流れとの関係の下で定義されている。吸気通路の中の主たる流れの方向は、新気入口から機関入口に向かっている。排気通路の中の主たる流れの方向は、機関出口から排気出口に向かっている。
【０００８】
請求項１に記載の発明は、吸気通路（３）、排気通路（４）、排気通路（４）から吸気通路（３）へ濾過された濾過済排気（６）を還流する濾過済排気還流装置（５）、および排気通路(４)から吸気通路(３)へ非濾過排気(１２)を戻すための非濾過排気還流装置(２０)を備える内燃機関（２）のための内燃機関用制御装置において、吸気通路(３)は、吸気通路(３)への濾過済排気の合流口（７）の上流に位置する第１の区間（３１）と、吸気通路(３)への濾過済排気の合流口（７）の下流であって、かつ吸気通路(３)への非濾過排気の合流口(２６)の上流に位置し、新気（８）と還流された濾過済排気（２３）との混合気体が流れることができる第２の区間（３２）と、吸気通路(３)への非濾過排気の合流口(２６)の下流であって、かつ機関入口(９)の上流に位置しており、新気(８)、還流した濾過済排気(２３)、および還流した非濾過排気(２７)の混合気体が流れることができる第３の区間（３３）とを備え、排気通路（４）は、パティキュレートフィルタ（１１）の上流に位置し、非濾過排気（１２）が流れる第１の区間（４１）と、パティキュレートフィルタ（１１）の下流に位置し、濾過済排気が流れる第２の区間（４２）とを備え、さらに、吸気通路（３）の第２の区間（３２）に設けられたコンプレッサ（１７）の下流であって、かつ第２の区間（３２）に配置された吸気酸素センサ（１３）に基づいて、濾過済排気還流装置（５）から還流される濾過済排気（２３）の質量流量を調節することにより、吸気通路（３）の第２の区間（３２）における新気（８）と濾過済排気（２３）との混合気体の酸素濃度を制御する制御手段（１４）を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、制御手段（１４）は、酸素濃度予測値を算出するための制御手段（１４）であって、酸素濃度の調節のための遅延時間、および／または酸素濃度の検出のための遅延時間を予測するように適合されたモデルに基づいて構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、さらに、吸気通路(３)の第１の区間(３１)に配置された新気(８)の質量流量を決定するための質量流量センサ(１５)を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、さらに、吸気通路(３)の第２の区間(３２)に配置された圧力センサ(２１)を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、さらに、排気通路(４)の第２の区間(４２)に配置された排気酸素センサ(１６)を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、吸気酸素センサ（１３）は、吸気通路（３）に設けられたインタークーラ（１８）の下流に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、制御手段（１４）は、新気と還流された濾過済排気との混合気体のための正確な酸素濃度の予測値を計算するために適切な物理モデルであって、新気（８）の質量流量と還流された濾過済排気（２３）の質量流量との混合過程のための物理モデルに基づいて、吸気通路（３）の第２の区間（３２）における酸素濃度予測値の算出処理を実行するために適合され、物理モデルは、予測精度を高めるように物理モデルを補正するために、第２の区間の中において実際に検出された酸素濃度の検出値を使用して修正されており、予測値を吸気通路中の酸素濃度の制御に用いることを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、さらに、酸素濃度の検出を較正するための較正手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、較正手段は、酸素センサの近くにおける圧力として決定された圧力に基づいて、かつ圧力によって生じる酸素濃度の検出値のバイアス量のための相関マップに基づいて、酸素濃度の検出値を補正するように適合されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、較正手段は、吸気酸素センサ（１３）の近くにおける圧力として決定された圧力、および新気（８）だけが吸気酸素センサ（１３）に接触する運転状態の間の新気（８）の既知の酸素濃度とに基づいて、酸素濃度の検出値における圧力由来のバイアス量を補正するように適合されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、吸気酸素センサ（１３）は、空燃比センサであることを特徴とする。
【００２１】
請求項１２に記載の発明は、内燃機関の吸気通路における酸素濃度を制御する内燃機関用制御方法において、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の内燃機関用制御装置を用いることにより、濾過済排気の合流口（７）から機関入口（９）への方向に延びる吸気通路(３)の第２の区間(３２)における新気（８）と還流された濾過済排気（２３）との混合気体から検出された酸素濃度の検出値に基づいて還流された濾過済排気（２３）の質量流量を設定することにより、吸気通路(３)の第２の区間(３２)における新気（８）と還流された濾過済排気（２３）との混合気体の酸素濃度を調節することを特徴とする。
【００２２】
請求項１３に記載の発明は、濾過済排気還流装置(５)から還流された濾過済排気(２３)の質量流量は制御弁(２２)の駆動状態により調節可能であり、制御弁（２２）により還流された濾過済排気(２３)の質量流量を設定することにより、酸素濃度の調節を実行することを特徴とする。
【００２３】
請求項１４に記載の発明は、酸素濃度の調節のための遅延時間、および／または吸気通路(３)の第２の区間(３２)における酸素濃度の検出のための遅延時間を予測するためにモデルに基づく調節を用いることを特徴とする。
【００２４】
請求項１５に記載の発明は、新気と還流された濾過済排気との混合気体のための正確な酸素濃度の予測値を計算するために適切な物理モデルであって、新気（８）の質量流量と還流された濾過済排気（２３）の質量流量との混合過程のための物理モデルに基づいて、吸気通路（３）の第２の区間（３２）における酸素濃度予測値の算出処理を実行し、物理モデルは、予測精度を高めるように物理モデルを補正するために、第２の区間の中において実際に検出された酸素濃度の検出値を使用して修正され、予測値を混合気体の酸素濃度を調節することに用いることを特徴とする。
【００２６】
請求項１６に記載の発明は、吸気酸素センサ(１３)の検出値の較正のために還流した濾過済排気(２３)の質量流量をゼロに設定し、既知の酸素濃度の新気（８）だけに吸気酸素センサ(１３)を晒すことを特徴とする。
【００２７】
内燃機関は吸気通路と排気通路とを有する。新気入口からの新気、および、必要に応じて排気還流系統から還流された排気は、吸気通路によって内燃機関の機関入口に供給される。機関出口から排出された排気は、排気通路によって、排気系統または排気出口ヘ導出される。
【００２８】
内燃機関は、濾過済排気還流装置を有する。そのような装置は、排気通路から吸気通路へ、濾過済排気を導くように設計され構成されている。濾過済排気還流装置は、排気通路に接続されている。濾過済排気還流装置は、濾過済排気を導入するために、排気通路のうち、パティキュレートフィルタの流れ方向後方の領域に接続されている。
【００２９】
排気通路は、第１の区間と第２の区間とを含む少なくとも２つの区間を有する。第１の区間は、パティキュレートフィルタの流れ方向前方に設けられている。第１の区間には、非濾過排気が流れる。第２の区間は、パティキュレートフィルタの流れ方向後方に設けられている。第２の区間には、濾過済排気が流れる。排気の一部は、還流した排気として、濾過済排気還流装置を通って吸気通路ヘ導かれる。
【００３０】
吸気通路は、第１の区間と第２の区間とを含む少なくとも２つの区間を有する。第１の区間は、還流した濾過済排気の吸気通路への合流口より上流に設けられている。第１の区間には、好適には、新気だけが流れる。第２の区間は、還流した濾過済排気の吸気通路への合流口より下流に設けられている。この第２の区間には、新気および還流した濾過済排気の混合気体が流れることがある。
【００３１】
吸気通路の第２の区間には、吸気通路の第２の区間における新気と還流した濾過済排気との混合気体の酸素濃度を計測することができる酸素センサが配置されている。この発明に係る内燃機関用制御装置は、濾過済排気還流装置からの濾過済排気の流量を調節することによって、吸気通路の第２の区間における混合気体の酸素濃度を制御することができる。この制御は、吸気通路の第２の区間において検出された酸素濃度の検出値に基づいて実行される。酸素濃度の制御は、閉ループ制御によって実行される。これにより、吸気通路における酸素濃度の特に高精度の制御が実行される。
【００３２】
酸素濃度の制御は、好適には、吸気通路の第２の区間に設けられた酸素センサによって検出された新気と還流した排気との混合気体の酸素濃度の検出値が目標値と比較される手法によって実行される。酸素濃度の検出値が高すぎる場合、排気還流装置から還流した濾過済排気の流量は増加される。酸素濃度の検出値が低すぎる場合、排気還流装置から還流した濾過済排気の流量は減少される。
【００３３】
酸素センサの実際の構成に依存して、場合によっては、酸素センサは酸素濃度の検出のための遅延時間を有している。本発明の一実施形態は、酸素濃度の予測値を計算するためのモデルに基づく制御装置を備える内燃機関用制御装置を提供する。このようなモデルに基づく制御装置は、吸気通路の第２の区画における新気と還流した濾過済排気との混合気体の酸素濃度の予測値を計算する。吸気通路中の酸素濃度の制御は、好適には、モデルに基づく制御装置によって、酸素濃度の予測値が目標値と比較される手法によって実行される場合がある。酸素濃度の予測値が低すぎる場合、還流した濾過済排気の流量は増加される。還流した濾過済排気の流量が増加する場合、酸素濃度の予測値が低すぎる。これによって、吸気通路中の酸素濃度のさらに速い制御が実行可能となる。
【００３４】
モデルに基づく制御装置を構築するためのモデルは、酸素濃度の調節のための遅延時間を予測するために適合されている。酸素濃度の調節のための遅延時間は、例えば、新気の質量流量と還流した濾過済排気の質量流量との混合過程によって要求される時間、同様に、還流した排気の合流口から酸素センサまでの質量の移動のための時間を含んでいる。モデルに基づく制御装置による酸素濃度の調節のための遅延時間の予測によって、必要とされる酸素濃度への特に高精度で、かつ速い調節が実行される。遅延時間によって生じる制御変数のオーバーシュートは、有利な効果を提供するように回避される。
【００３５】
吸気通路の第１の区間には、好適には、新気の質量流量を検出するために質量流量センサが配置される。新気の質量流量の気象学的な検出は、酸素濃度の制御において、特に正確で最新の入力値が使用されるという利点を提供する。新気の質量流量の気象学的に検出された値は、外部の圧力と吸気圧力との間の圧力差に基づく計算によって決定された質量流量の計算値より、特に相当に正確である。
【００３６】
内燃機関用制御装置は、好適には、新気の質量流量と還流された濾過済排気の質量流量との混合過程のための物理モデルに基づいて、吸気通路の第２の区間における酸素濃度予測値の算出処理を実行するために適合された制御手段を備えることができる。そのような物理的なモデルは吸気通路の第２の区間の中の新気と還流した濾過済排気との混合気体のための特に正確な酸素濃度の予測値を計算するのに適切である。そのために、特に、吸気通路の第２の区間の中において実際に検出された酸素濃度の検出値は、将来の計算ステップの予測精度を改善するようにモデルの修正に使用される場合がある。
【００３７】
実際に検出された酸素濃度の検出値は、例えば、この酸素濃度の検出値が、酸素濃度の検出のための遅延時間を含めた先の時間間隔において、および／または酸素濃度の調節のための遅延時間を含めた先の時間間隔において計算された酸素濃度の予測値と比較されるような手法において考慮される。この酸素濃度の予測値は、酸素濃度の検出値の検出時点と関係している。したがって、酸素濃度の予測値は、実際に検出された酸素濃度の検出値と後の時点において比較される。それによって、決定された偏差が物理的なモデルの適合のために利用される。これによって、例えば、還流した濾過済排気の質量流量の調節のための線形の補正率は、制御精度を改良する方向に適合される。制御モデルの適合のための種々の既知の手法を用いてもよい。適合処理によって、いくつかの計算サイクルの間に、内燃機関用制御装置の制御精度は最適化される。
【００３８】
内燃機関用制御装置は、好適には、酸素の検出の較正のための手段を備えることができる。これによって、例えば、酸素センサによって検出された酸素濃度の検出値の圧力に依存する偏差を補正することが有利に可能になり、それによって、内燃機関用制御装置は特に外乱要素に対して高い耐性を有するようになる。
【００３９】
酸素の検出の較正は、例えば、酸素センサの領域において既知の圧力の下で検出された酸素濃度の検出値に、特性グラフから与えられる圧力依存補正係数、または関数から与えられる圧力依存補正係数が掛けられる手法によって実行することができる。代替的に、参照テーブルから与えられる補正された酸素濃度の値によって、既知の圧力の下で検出された酸素濃度の検出値が置き換えられる処理が実行されてもよい。
【００４０】
なお、特許請求の範囲および上記手段の項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る内燃機関用制御装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００４３】
（第１実施形態）
この実施形態は、内燃機関２における吸入空気の酸素濃度を制御するための内燃機関用制御装置１に関する。図１は、本発明を適用した第１実施形態に係る内燃機関用制御装置１のブロック図である。内燃機関１を代表するものとして、図の中央部に、内部にピストンが配置されたシリンダが図示されている。シリンダとピストンは、燃焼室内に入れられた気体を圧縮する。燃焼室では、吸気と添加された燃料とが燃焼され、排気になる燃焼工程が実行される。
【００４４】
内燃機関２は、吸気通路３および排気通路４を備える。吸気通路３は、図中の左側において、新気入口２４から機関入口９まで延びている。排気通路４は、図中の右側において、機関出口１０から排気出口２５まで延びている。内燃機関２は濾過済排気還流装置５を備える。濾過済排気還流装置５は、排気通路４から吸気通路３へ濾過済排気６を導き、戻すように設計され、構成されている。
【００４５】
以下の説明において、またはこの明細書の全体を通じて、「排気」の用語は、機関出口１０を通して内燃機関２の燃焼室から排出された気体、または混合気体として解されるべきであり、場合によっては、それはさらに、例えば、煤の微粒子のような、固体成分または液体成分を含むことがある。「吸気」の用語は、機関入口９を通して内燃機関２の燃焼室に導入される気体、または混合気体として解されるべきである。吸気は、特に、新気８の部分と、循環された濾過済排気２３の部分とを含むことができる。
【００４６】
図中に描かれた内燃機関２は、非濾過排気還流装置２０をさらに備える。非濾過排気還流装置２０は、パティキュレートフィルタ１１の流れ方向前方から、酸素センサ１３の流れ方向下流へ、濾過前排気を戻すことができる。より具体的には、非濾過排気還流装置２０は、パティキュレートフィルタ１１の流れ方向前方であり、かつタービン１９の流れ方向前方から、コンプレッサ１７の流れ方向後方であって、かつ酸素センサ１３の流れ方向後方へ、濾過前排気を戻すことができる。このような非濾過排気還流装置２０は本発明の技術的な範囲内に包含されるものとして提供される。よって、吸気通路３への非濾過排気の合流口２６は、酸素センサ１３が非濾過排気還流装置２０から還流した非濾過排気２７と接触しないことを確実にするように酸素センサ１３の流れ方向後方に配置される。これに反して、そのような非濾過排気還流装置のない内燃機関において、本発明の内燃機関用制御装置を利用することも可能である。
【００４７】
内燃機関２の吸気通路３は、二つまたはそれ以上の区間３１、３２、３３を有している。第１の区間３１は、吸気通路３における濾過済排気の合流口７の上流に設けられている。濾過済排気の合流口７は、吸気通路３における濾過済排気還流装置５のダクトとの接続点に形成されている。吸気通路３は、さらに、第２の区間３２を備える。第２の区間３２は、吸気通路３への濾過済排気の合流口７の下流であって、かつ機関入口９の上流に位置付けられている。非濾過排気還流装置２０が内燃機関に設けられている場合、第２の区間３２は、吸気通路３への濾過済排気の合流口７から、吸気通路３への非濾過排気の合流口２６の流れ方向前方の領域まで延在することとなる。
【００４８】
吸気通路３の第２の区間３２には、新気８と還流した濾過済排気２３との混合気体が流れる。濾過済排気還流装置５からの還流した濾過済排気２３の流量が、ゼロまで減らされる場合、吸気通路３の第２の区間３２には、新気８だけが流れる。しかしながら、吸気通路３の第２の区間３２の中の酸素センサ１３の領域では、還流した非濾過排気２７が流れることはない。
【００４９】
図示された実施形態においては、吸気通路３はさらに第３の区間３３を有する。第３の区間３３は、吸気通路３への非濾過排気の合流口２６から機関入口９へ向かう方向へ延びている。吸気通路３の第３の区間３３には、新気８、還流された濾過済排気２３、および還流された非濾過排気２７の混合気体が流れることがある。
【００５０】
排気通路４は、少なくとも、パティキュレートフィルタ１１の上流の第１の区間４１とパティキュレートフィルタ１１の下流の第２の区間４２とを備える。排気通路４の第１の区間４１には、非濾過排気１２が流れる。排気通路４の第２の区間４２には、濾過済排気６が流れる。パティキュレートフィルタ１１は、任意の手法により設計され、構成されてもよい。パティキュレートフィルタ１１は、好適には、排気から煤の微粒子を濾過により除去するために機能する。パティキュレートフィルタ１１は、さらに他の微粒子および排気成分を濾過により除去してもよい。パティキュレートフィルタ１１は、代替的に、他の適切な濾過要素によって提供することができる。
【００５１】
内燃機関用制御装置１は、濾過済排気還流装置５によって還流した濾過済排気２３の流量の調節によって、吸気通路３の第２の区間３２の中の酸素濃度を制御するように設計され、構成される。一般に、新気８は、およそ２１％の一定の酸素量をもつ。酸素量は、酸素濃度とも呼ぶことができる。内燃機関における燃料の燃焼の間中、吸気における酸素量は減少する。その結果、排気６、１２における酸素濃度は、吸気における酸素濃度より低くなる。還流された排気２３、２７は、新気８より低い酸素量を有する。吸気通路３の第２の区間３２における酸素量は、よって、還流された濾過済排気２３の添加と、それが新気８に混合されることとによって減少される。よって、吸気の酸素濃度は、２１％までの範囲内の値となる。
【００５２】
吸気通路３の第２の区間３２には、酸素センサ１３が配置されている。酸素センサ１３は、第１の酸素センサ１３、または吸気酸素センサ１３とも呼ばれる。酸素センサ１３は、吸気通路３の第２の区間３２の中の新気８と還流された濾過済排気２３とのを混合気体における酸素濃度を、連続的に、または断続的に検出する。酸素センサ１３は、任意の手法により設計され、構成されてもよい。酸素センサ１３は、加熱型の全領域ラムダ値検出器により提供することができる。例えば、酸素センサ１３は、汎用加熱型酸素センサ、または汎用加熱型排気酸素センサ（UHEGO: Universal Heated Exhaust Gas Oxygen sensor）とも呼ばれるセンサにより提供することができる。ラムダ値検出器は、空燃比センサとも呼ばれる。
【００５３】
吸気通路３の第２の区間３２の中の酸素センサ１３の配置は、この位置での酸素センサ１３が新気８および還流された濾過済排気２３だけに晒されるという長所を有する。酸素センサ１３は非濾過排気１２と接触しない。このため、酸素センサ１３が非濾過排気１２に含まれている煤の微粒子、他の微粒子、または他の排気成分によって汚染され、破壊されることが回避される。
【００５４】
吸気通路３の第２の区間３２における酸素濃度の制御は、例えば、制御装置１４によって、酸素センサ１３により検出された酸素濃度の検出値が酸素濃度の目標値と比較される手法によって実行することができる。制御装置１４は、吸気の酸素濃度を制御するために内燃機関用制御装置１の複数の機器を制御する制御手段を提供する。吸気通路３の第２の区間３２における酸素濃度が高すぎる場合、濾過済排気還流装置５から還流した濾過済排気２３の流量は増加される。還流した濾過済排気２３の流量が増加する場合は、吸気通路３の第２の区間３２における酸素濃度が高すぎる。このような制御を実現するために、制御装置１４は、例えば、制御弁２２の開度を適切な手法で設定するように、濾過済排気還流装置５の制御弁２２を活性化し駆動する。濾過済排気還流装置５から還流された濾過済排気２３の質量流量は制御弁２２の駆動状態により調節可能である。言い換えると、還流された濾過済排気２３の質量流量は、制御弁２２の駆動状態の影響下にある。制御装置１４は、制御弁２２の駆動状態を調節することにより還流された濾過済排気２３の質量流量を設定する。制御装置１４は、この質量流量の設定により、酸素濃度の調節を実行する。濾過済排気還流装置５の領域には、還流した濾過済排気２３の流量を検知する図示されない質量流量センサを設けることができる。
【００５５】
制御装置１４は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを格納している。記憶媒体は、メモリによって提供されうる。プログラムは、制御装置１４によって実行されることによって、制御装置１４をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される制御方法を実行するように制御装置１４を機能させる。制御装置１４が提供する手段は、所定の機能を達成する機能的ブロック、またはモジュールとも呼ぶことができる。上述の制御概念では、制御装置１４は一般的なアナログ制御装置、またはデジタル制御装置によって提供することができる。
【００５６】
本発明の好適な実施形態においては、制御装置１４は、酸素濃度の予測値を計算するための制御装置１４であり、モデルに基づいて構築された制御装置１４である。モデルに基づく制御装置１４を構築するためのモデルは、好適には、酸素濃度の調節のための遅延時間、および／または酸素濃度の検出のための遅延時間を予測するために適合されている。このような場合、吸気通路３の第２の区間３２における酸素濃度の制御は、好適には、酸素濃度の予測値が目標値と比較される手法によって実行される。吸気通路３の第２の区間３２における酸素濃度の予測値が低すぎる場合、濾過済排気還流装置５から還流した濾過済排気２３の流量は減少される。還流した濾過済排気２３の流量が減少する場合は、吸気通路３の第２の区間３２における酸素濃度の予測値が低すぎる。このような予測的な制御は、特に速さの点において有利な効果をもたらす。
【００５７】
本発明の他の実施形態においては、好適には、吸気通路３の第１の区間３１に新気８の質量流量を決定するための質量流量センサ１５を配置することができる。質量流量センサ１５は、好適には、制御装置１４に接続される。さらに、吸気通路３の第２の区間３２には、圧力センサ２１を配置することができる。圧力センサ２１は、好適には、制御装置１４に接続される。圧力センサ２１は、特に、酸素センサ１３の近くに配置される。圧力センサ２１は付加的な個別のセンサとして提供される。代替的に、既存の吸気圧力センサ、または他の既存の圧力センサも、吸気における酸素濃度を制御する内燃機関用制御装置に共用して用いることができる。
【００５８】
排気通路４の第２の区間４２には、酸素センサ１６が配置されている。酸素センサ１６は、排気酸素センサ１６とも呼ばれる。酸素センサ１６は、第２の酸素センサ１６とも呼ばれる。酸素センサ１６は、排気通路４の第２の区間４２における酸素濃度を検出するように設計され、構成されている。本発明の技術的範囲の中において、例えば、空燃比センサのような既存の酸素センサも、吸気における酸素濃度を制御する内燃機関用制御装置に共用して用いることができる。第２の酸素センサ１６は、好適には、制御装置１４と接続されている。
【００５９】
本発明の好適な実施形態において、内燃機関用制御装置１は、吸気通路３の第２の区間３２における酸素濃度の予測値を算出する算出処理を実行するために適合されたモデルに基づく制御装置１４を備える。モデルに基づく制御装置１４は、新気８の質量流量と還流した濾過済排気２３の質量流量との混合過程のための物理モデルに基づいて構築されている。このようなモデルに基づく制御装置１４は、吸気通路３の第２の区間３２における酸素濃度の値の特に速く、特に高精度の調節を可能とする。モデルに基づく制御装置１４は、吸気通路３、および／または排気通路４、および／または濾過済排気還流装置５のダクトの中における質量の移動と部分的な酸素量を考慮に入れて構築することができる。制御装置１４は、したがって、特に、排気通路４の第２の区間４２からの還流された濾過済排気２３の酸素濃度を拠り所とし、吸気通路３の第１の区間３１の新気８の質量流量を拠り所とし、同様に、新気８の既知の酸素濃度をも拠り所としており、そして、それらの値に基づいて、排気還流装置５から還流した濾過済排気２３の望ましい流量を計算する。制御装置１４は、好適には、予測精度を改善するようにモデルを補正するために、吸気通路３の第２の区間３２における酸素濃度の実際の検出値を用いる。
【００６０】
内燃機関用制御装置は、好適には、遅延時間の較正のための手段を備えることができる。較正手段は、所定の期間中における、酸素センサ１３による酸素濃度の検出のための遅延時間を決定するために適合されている。所定の期間は、還流した濾過済排気２３がゼロに設定されている期間であり、既知で一定の酸素濃度の新気８だけが酸素センサ１３と接触することが確実視できる期間である。
【００６１】
代替的に、もしくは追加的に、内燃機関用制御装置１は、酸素の検出の較正のための手段を備えることができる。このような酸素の検出の較正のための手段は、酸素センサ１３の現実の構成のそれぞれに応じて設計され、構成される。よって、例えば、酸素の検出の較正のための手段は、酸素センサ１３の近傍において検出された圧力に基づいて、そして、圧力に起因する酸素濃度の検出値の偏差の特性マップに基づいて、酸素濃度の検出値を補正するように適合されている。そのような圧力の検出は、好適には、酸素センサ１３の直近に設けられた圧力センサ２１によって実行される。圧力に起因する酸素濃度の検出値の偏差の特性マップは、例えば、固定的なものとすることができ、モデルに基づく制御装置１４に格納することができる。特性マップは、圧力と、圧力由来のバイアス量と、酸素濃度の検出値とを関連付ける相関マップとも呼ぶことができる。特性マップに代えて、関数、または参照テーブルを用いることができる。酸素濃度の検出値の補正は、任意の望ましい手法によって実行することができる。例えば、補正値の加算によって、補正係数の掛け算によって、または他の適切な手法によって実行することができる。補正の種類は、酸素センサ１３の実際の構成に依存する。
【００６２】
追加的に、または代替的に、内燃機関用制御装置１は、酸素の検出の較正のための手段を備えることができる。この較正手段は、新気８だけが酸素センサ１３に接触することが確実視できる状態の期間中に、酸素センサ１３の近傍において検出された圧力に基づいて、そして、新気８の既知の酸素濃度に基づいて、酸素濃度の検出値における圧力に起因する偏差、すなわち圧力由来のバイアス量を補正するように適合されている。このような状態において、例えば、酸素濃度の検出値の圧力に依存する偏差のための特性マップは、決定された偏差によって調節される。決定された偏差は、酸素濃度の検出値に含まれる新気８の既知の酸素濃度からの偏差である。新気８だけが酸素センサ１３に接触することが確実視できる状態は、例えば、濾過済排気還流装置５から還流された濾過済排気２３の流量がゼロに減少されたときに現れる。言い換えると、較正手段は、吸気酸素センサ１３の検出値の較正のために還流した濾過済排気２３の質量流量をゼロに設定し、既知の酸素濃度の新気８だけに吸気酸素センサ１３を晒す。よって、酸素センサ１３によって検出された酸素濃度は、新気８の既知の酸素濃度に較正される。これにより、酸素濃度の能動的な補正が提供される。いくつかの計測の繰り返し周期にわたる、周期的な、または非周期的な較正処理の繰り返しにより、酸素濃度の検出値の特に正確な調整に導く学習処理が有利に実行される。酸素センサ１３の実際の構成によっては、同様の手法により、圧力によって生じるものではないか、または圧力によって直接的に生じるものではない他の外乱的な要素と偏差を補正してもよい。
【００６３】
本発明の好適な実施形態では、内燃機関２は吸気通路３の領域にコンプレッサ１７を備えることができ、排気通路４の領域にタービン１９を備えることができる。コンプレッサ１７は吸気通路３において吸気を加圧するために機能し、吸気を圧縮する。タービン１９は、排気通路４において排気を減圧するために機能し、それによって排気の圧力に蓄積されたエネルギを吸収する。コンプレッサ１７は、好適には、新気８と還流した濾過済排気２３とだけに接触する吸気通路３の第２の区間３２に配置されている。これによって、煤の微粒子または他の排気成分の堆積により生じるコンプレッサ１７の損傷または機能的な不具合を回避することができる。吸気通路３の領域には、インタークーラ１８が配置されている。インタークーラ１８は、吸気通路３における吸気の温度を低下させるために機能する。インタークーラ１８は、好適には、吸気通路３の第２の区間３２に配置することができ、特に、コンプレッサ１７の流れ方向後方の領域に配置することができる。
【００６４】
コンプレッサ１７とインタークーラ１８とを備える内燃機関２においては、コンプレッサ１７とインタークーラ１８とが吸気通路３の第２の区間３２に前後して配置され、さらに酸素センサ１３がインタークーラ１８の下流に配置されることが特に有利な効果をもたらす。図中には、そのような構成が図示されている。そのような場合、コンプレッサ１７の後方に位置付けられ、さらにインタークーラ１７の後方に位置付けられた酸素センサ１３の領域における、新気と濾過済排気還流装置５から還流された濾過済排気との混合気体の均一さは、特に良好であり、その結果、吸気通路３の第２の区間３２の中の酸素濃度の検出結果は特に信頼性が高いものとなる。酸素センサ１３は、代替的に、コンプレッサ１７とインタークーラ１８との間、またはコンプレッサ１７の上流に配置することができる。
【００６５】
吸気通路３の第２の区間３２のうち、酸素センサ１３の上流における新気と還流した濾過済排気２３との混合気体の均一さの度合いを向上させるために、代替的に、または追加的に、吸気通路３に混合気体を撹拌するための手段、例えば、吸気通路３の断面積変化部分のような、図示されない渦流発生手段を配置してもよい。
【００６６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。上記実施形態の特徴的な構成は、任意に組み合わせることができ、互いに交換することができ、さらに部分的に省略することができる。内燃機関２は、任意の構成によって提供することができ、例えば、ガソリン機関、ディーゼル機関、あるいはガス機関によって提供することができる。燃焼室２において燃焼される燃料は、任意の手法によって添加することができる。例えば、燃料は、燃焼室２への直接的な噴射直噴により、予備燃焼室への噴射により、または吸入空気への噴射、例えばキャブレターにより添加することができる。内燃機関２は、特に、コモンレール式の燃料噴射装置を有するディーゼル機関とすることができる。
【００６７】
内燃機関２のコンプレッサ１７とタービン１９とは任意の手法によって設計され、構成されることができる。それらは、例えば、剛性的なシャフトによって連結されてもよい。タービン１９は、好適には、制御可能なタービンとして設計され、構成されてもよい。制御装置１４は、それだけで独立した別体物として構成されてもよく、例えば、内燃機関２の他の制御処理を担う制御ユニットの中に一体化されてもよい。制御装置１４は、アナログ制御器、またはデジタル制御器として設計され、構成されてもよい。酸素濃度を制御する制御装置１４と制御方法とは、内燃機関のための制御ユニットの中に一体化されることによって実行されてもよい。
【００６８】
吸気通路３の第２の区間３２における酸素濃度の制御は、任意の用途に利用するために実行することができる。酸素濃度の制御は、例えば、燃焼行程の安定化のために、および／または排気成分の抑制のために利用することができる。代替的に、または追加的に、酸素濃度の制御は、窒素酸化物の排出量を抑制するために利用することができる。
【００６９】
機関入口９の領域に、圧力センサ２１がさらに設けられてもよい。独立した別体の圧力センサ２１に代えて、既存の圧力センサ、例えばＭＡＰ（Manifold Air Pressure）センサと呼ばれる吸気マニホルド圧力センサを利用してもよい。第２の酸素センサ１６を設け、その検出値を制御装置１４に入力する代わりに、排気中の酸素濃度の値は、内燃機関の他の制御装置から引き渡されるように構成してもよい。
【００７０】
なお、酸素センサ１６は、タービン１９とパティキュレートフィルタ１１との間に配置してもよい。この場合、パティキュレートフィルタ１１の目詰まり具合によって、タービン１９とパティキュレートフィルタ１１との間の通路圧力が大気圧よりも上昇するため、酸素センサ１６の出力ドリフトが起こることがある。その出力ドリフト成分を較正するために、酸素センサ１６とともに圧力センサを配置してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１  内燃機関用制御装置、２  内燃機関、３  吸気通路、３１  吸気通路の第１の区間、３２  吸気通路の第２の区間、３３  吸気通路の第３の区間、４  排気通路、４１  排気通路の第１の区間、４２  排気通路の第２の区間、５  濾過済排気還流装置、６  濾過済排気、７  濾過済排気の合流口、８  新気、９  機関入口、１０  機関出口、１１  パティキュレートフィルタ、１２  非濾過排気、１３  酸素センサ（吸気酸素センサ）、１４  制御装置、１５  質量流量計、１６  酸素センサ（排気酸素センサ）、１７  コンプレッサ、１８  インタークーラ、１９  タービン、２０  非濾過排気還流装置、２１  圧力センサ、２２  制御弁、２３  還流した濾過済排気、２４  新気入口、２５  排気出口、２６  非濾過排気の合流口、２７  還流した非濾過排気。
【図１】
0005668611.tif 000002